(57)【要約】 【課題】  充分な燃料噴射圧を確保して内燃機関の高温始動性を向上させることができる燃料供給装置の提供。【解決手段】  内燃機関１に含まれる燃料供給装置１０は、燃料ポンプ１２によって燃料タンク１１から燃料デリバリ管１４を介して各インジェクタ４へと燃料を供給するものであり、燃料デリバリ管１４と燃料タンク１１とを結ぶ燃料返送管Ｌ２と、燃料デリバリ管１４から燃料返送管Ｌ２への燃料の流入を規制または許容する開閉弁１６と、各インジェクタ４内の燃料の温度を取得するために用いられる水温センサ２１と、内燃機関１の始動時に水温センサ２１を用いて取得した燃料の温度が所定値を超えている場合、燃料デリバリ管１４から燃料返送管Ｌ２への燃料の流入が許容されるように開閉弁１６を開放させるＥＣＵ２０とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ポンプによって燃料タンクから燃料デリバリ管を介してインジェクタへと燃料を供給する内燃機関の燃料供給装置において、
前記燃料デリバリ管と前記燃料タンクとを結ぶ燃料返送路と、
前記燃料デリバリ管から前記燃料返送路への燃料の流入を規制または許容する流路開閉手段と、
所定箇所における燃料の温度を取得するための温度検出手段と、
前記内燃機関の始動時に前記温度検出手段を用いて取得した燃料の温度が所定値を超えている場合、前記燃料デリバリ管から前記燃料返送路への燃料の流入が許容されるように前記流路開閉手段を開放させる制御手段とを備えることを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記内燃機関の始動時に前記温度検出手段を用いて取得した燃料の温度が所定値を超えている場合、燃料が前記燃料返送路内に留まって前記燃料タンクに戻らないように予め定められた時間だけ前記流路開閉手段を開放させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料供給装置。
【請求項３】
前記流路開閉手段と前記燃料タンクとの間に配置されており、燃料を一時的に貯留する燃料貯留手段を更に備えることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の燃料供給装置。
【請求項４】
前記燃料ポンプと前記燃料デリバリ管との間に設けられた燃料加熱手段を更に備えることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の内燃機関の燃料供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、 燃料ポンプによって燃料タンクから燃料デリバリ管を介してインジェクタへと燃料を供給する内燃機関の燃料供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関の燃焼室に対して高圧の燃料を供給するリターンレス式の燃料供給装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この燃料供給装置では、内燃機関の始動時に蓄圧配管（燃料デリバリ管）内の燃料が高圧ポンプの加圧室に導入され、そこで加圧される。これにより、内燃機関の始動時には、蓄圧配管内にあった燃料が高圧ポンプによって加圧されることから、蓄圧配管内の燃料の一部が気化していたとしても、内燃機関の始動性を阻害する気化した燃料を消失させることが可能となる。
【０００３】
また、従来から、燃料系統における燃料の気化を抑制するために内燃機関の停止後に燃料の温度が所定値以下になるまで冷却ファンにより燃料を冷却する技術が知られている（例えば、特許文献２参照。）。更に、燃料系統における燃料の気化を抑制するための技術としては、内燃機関の停止時にエンジン冷却水を蓄熱器に導き、当該蓄熱器においてエンジン冷却水の熱を奪うものも知られている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１３０２８８号公報
【特許文献２】特開昭６３−８８２６１号公報
【特許文献３】特開平６−１７６４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述のように一部気化している燃料を加圧したり、冷却したりしても、気化した燃料を充分に消失させることは困難である。そして、例えば燃料デリバリ管の内部等で燃料の一部が気化しているような状態では、充分な燃料噴射圧を確保し得なくなるので、内燃機関を良好に始動させ得なくなるおそれがある。このため、従来の燃料供給装置を含む内燃機関は、いわゆる高温始動性の面でなお改善の余地を有している。
【０００６】
そこで、本発明は、充分な燃料噴射圧を確保して内燃機関の高温始動性を向上させることができる燃料供給装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による内燃機関の燃料供給装置は、燃料ポンプによって燃料タンクから燃料デリバリ管を介してインジェクタへと燃料を供給する内燃機関の燃料供給装置において、燃料デリバリ管と燃料タンクとを結ぶ燃料返送路と、燃料デリバリ管から燃料返送路への燃料の流入を規制または許容する流路開閉手段と、所定箇所における燃料の温度を取得するための温度検出手段と、内燃機関の始動時に温度検出手段を用いて取得した燃料の温度が所定値を超えている場合、燃料デリバリ管から燃料返送路への燃料の流入が許容されるように流路開閉手段を開放させる制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
この燃料供給装置では、内燃機関の始動時に所定箇所における燃料の温度が所定値を超えている場合、制御手段によって流路開閉手段が開放され、それにより、燃料デリバリ管から燃料返送路への燃料の流入が許容される。このように燃料デリバリ管から燃料返送路への燃料の流入が許容された状態で燃料ポンプが作動されると、燃料デリバリ管内に存在（残留）している燃料は、燃料ポンプにより圧送される燃料タンクからの燃料によって、燃料デリバリ管から燃料返送路へと押し出される。この結果、燃料の温度が所定値を超えている高温状態で内燃機関を始動させる際、燃料デリバリ管内の高温の燃料を燃料タンクからの低温の燃料に置き換えることが可能となる。従って、この燃料供給装置によれば、充分な燃料噴射圧を確保して内燃機関の高温始動性を向上させることができる。
【０００９】
また、制御手段は、内燃機関の始動時に温度検出手段を用いて取得した燃料の温度が所定値を超えている場合、燃料が燃料返送路内に留まって燃料タンクに戻らないように予め定められた時間だけ流路開閉手段を開放させると好ましい。
【００１０】
このような構成を採用すれば、内燃機関の高温始動に際して、それまで燃料デリバリ管内に存在していた高温の燃料が燃料タンクに返送されてしまうことを抑制することができるので、燃料タンク内での燃料の気化を確実に抑制することが可能となる。
【００１１】
更に、本発明による内燃機関の燃料供給装置は、流路開閉手段と燃料タンクとの間に配置されており、燃料を一時的に貯留する燃料貯留手段を更に備えると好ましい。
【００１２】
このような構成を採用すれば、燃料デリバリ管内に存在していた高温の燃料が燃料タンクに返送されてしまうことを極めて確実に抑制することが可能となる。
【００１３】
また、本発明による内燃機関の燃料供給装置は、燃料ポンプと燃料デリバリ管との間に設けられた燃料加熱手段を更に備えると好ましい。
【００１４】
すなわち、燃料加熱手段を用いて燃料を加熱した場合、内燃機関の機関温度が高まり、機関停止時等に燃料デリバリ管等において燃料が気化しやすくなるが、本発明によれば、燃料加熱手段を用いる場合であっても、充分な燃料噴射圧を確保して内燃機関の高温始動性を向上させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、充分な燃料噴射圧を確保して内燃機関の高温始動性を向上させることができる燃料供給装置の実現が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明による燃料供給装置が適用された内燃機関を示す概略構成図である。同図に示される内燃機関１は、直列４気筒エンジンとして構成されており、車両の走行駆動源として用いられると好適なものである。この内燃機関１は、シリンダブロックに形成された複数の燃焼室２を有し、各燃焼室２の内部で燃料（本実施形態では、ガソリン燃料）を燃焼させてピストン３を往復移動させることにより動力を発生する。内燃機関１は、図１に示されるように、それぞれ対応する燃焼室２の内部に臨むようにシリンダヘッドに配設された複数のインジェクタ４と複数の点火プラグ（図示省略）とを有する。
【００１８】
内燃機関１の各ピストン３は、いわゆる深皿頂面型に構成されており、その上面には、凹部３ａが形成されている。そして、この内燃機関１では、各燃焼室２内に空気を吸入させた状態で、各インジェクタ４から各燃焼室２内のピストン３の凹部３ａに向けて燃料が直接噴射される。これにより、内燃機関１では、図示されない点火プラグの近傍に燃料と空気との混合気の層が周囲の空気層と分離された状態で形成（成層化）される。この結果、内燃機関１では、極めて希薄な混合気を用いて安定した成層燃焼を実行することが可能となる。なお、本実施形態の内燃機関１は、いわゆる直噴エンジンとして説明されるが、これに限られるものではなく、本発明が吸気管（吸気ポート）噴射式のエンジンにも適用され得ることはいうまでもない。
【００１９】
また、内燃機関１のシリンダヘッドには、吸気ポートを開閉する吸気弁と、排気ポートを開閉する排気弁とが燃焼室２ごとに配設されている。これらの吸気弁および排気弁は、例えば可変バルブタイミング機能を有する図示されない動弁機構によって開閉させられる。そして、各燃焼室２の吸気ポートは、それぞれ吸気管（吸気マニホールド）５に接続されており、吸気管５には、例えばドライブバイワイヤ式のスロットルバルブ６が設置されている。一方、各燃焼室２の排気ポートは、排気管（排気マニホールド）７にそれぞれ接続されている。排気管７には、内燃機関１の希薄燃焼運転に伴って排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）が増加することを踏まえて、三元触媒を含む前段触媒装置８に加えて、ＮＯｘ吸蔵還元触媒を含む後段触媒装置９が接続されている。各燃焼室２からの排気ガス中のＮＯｘは、後段触媒装置９のＮＯｘ吸蔵還元触媒によって吸蔵され、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘは、所定のタイミングで実行される還元処理によって還元される。
【００２０】
上述のような内燃機関１に含まれる燃料供給装置１０は、上述の複数のインジェクタ４に加えて、燃料タンク１１、燃料ポンプ１２および燃料デリバリ管１４を含む。燃料タンク１１には、液相状態のガソリン燃料が貯留される。燃料ポンプ１２は、燃料タンク１１の内部に配置されており、燃料タンク１１内の燃料を吸い込んで所定圧力で吐出する。燃料ポンプ１２の吐出口には、燃料供給管Ｌ１の一端が接続されており、この燃料供給管Ｌ１の他端には、燃料デリバリ管１４の一端が接続されている。そして、燃料デリバリ管１４には、上述の各インジェクタ４の燃料入口が接続されている。これにより、燃料タンク１１内の液相状態のガソリン燃料は、燃料ポンプ１２によって燃料デリバリ管１４へと圧送され、燃料デリバリ管１４から各インジェクタ４へと供給されることになる。
【００２１】
また、図１に示されるように、燃料供給管Ｌ１の中途には、燃料ポンプ１２と燃料デリバリ管１４との間に位置するように燃料加熱ユニット１５が設置されている。燃料加熱ユニット１５は、例えば内燃機関１の排気熱といった廃熱を熱源とする熱交換器であり、燃料ポンプ１２により圧送されて燃料供給管Ｌ１内を流通する燃料を加熱可能なものである。このように、燃料タンク１１から各インジェクタ４へと供給される燃料を加熱することにより、各インジェクタ４から噴射される燃料をより一層微粒化させることが可能となるので、いわゆるリーン限界をより延ばすことが可能となる。
【００２２】
更に、本発明による燃料供給装置１０は、燃料デリバリ管１４の端部（燃料供給管Ｌ１が接続された端部とは反対側の端部）と燃料タンク１１とを結ぶ燃料返送管（燃料返送路）Ｌ２を有している。この燃料返送管Ｌ２の中途（燃料デリバリ管１４に近い部分）には、遠隔操作可能な開閉弁（流路開閉手段）１６が配置されている。開閉弁１６は、燃料デリバリ管１４から燃料返送管Ｌ２への燃料の流入を規制または許容するものである。また、燃料返送管Ｌ２には、開閉弁１６と燃料タンク１１との間に位置するように比較的小容量の一時貯留タンク１７が組み込まれている。
【００２３】
そして、上述の燃料供給装置１０は、内燃機関１の制御手段として機能する電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）２０によって制御される。ＥＣＵ２０は、何れも図示されないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポートおよび記憶装置等を含み、ＥＣＵ２０の入出力ポートには、水温センサ２１を始めとする各種センサ類が接続されている。また、図１に示されるように、燃料供給装置１０の燃料ポンプ１２や開閉弁１６は、ＥＣＵ２０の入出力ポートに接続されており、これらは、ＥＣＵ２０によって制御される。
【００２４】
さて、上述の内燃機関１では、特に燃料加熱ユニット１５を用いて燃料供給管Ｌ１内の燃料を加熱した場合に、機関温度（シリンダヘッドやシリンダブロックの温度）が高まり、機関停止時等に各インジェクタ４の内部や燃料デリバリ管１４等において燃料が気化しやすくなる。そして、このように機関温度（燃料温度）が高い状態で内燃機関１を再始動させようとした場合、各インジェクタ４の内部や燃料デリバリ管１４等において気化した燃料の存在によって充分な燃料噴射圧が確保し得なくなり、内燃機関１を良好に始動させ得なくなるおそれがある。このため、本発明による内燃機関１では、高温再始動時等における機関始動性を良好に保つべく、ＥＣＵ２０によって図２に示されるルーチンがその始動時（再始動時）に実行される。
【００２５】
すなわち、ＥＣＵ２０は、イグニッションスイッチがオンされると、水温センサ２１からの信号に基づいて例えば各インジェクタ４内または燃料デリバリ管１４内の燃料の温度ＴＦを取得し（Ｓ１０）、取得した温度ＴＦが予め定められた閾値ＴＲを上回っているか否か判定する（Ｓ１２）。そして、ＥＣＵ２０は、Ｓ１２にて、燃料温度ＴＦが予め定められた閾値ＴＲを上回っていると判断した場合、燃料デリバリ管１４から燃料返送管Ｌ２への燃料の流入が許容されるように開閉弁１６を開放させる（Ｓ１４）。
【００２６】
このように燃料デリバリ管１４から燃料返送管Ｌ２への燃料の流入が許容された状態で燃料ポンプ１２が作動されると、燃料デリバリ管１４内に存在（残留）している燃料は、燃料ポンプ１２により圧送される燃料タンク１１からの燃料によって、燃料デリバリ管１４から燃料返送管Ｌ２へと押し出される。この結果、燃料温度ＴＦが閾値ＴＲを超えている高温状態のもとで内燃機関１を始動させる際には、燃料デリバリ管１４内の高温の燃料を燃料タンク１１からの低温の燃料に置き換えることが可能となる。すなわち、燃料供給装置１０では、燃料デリバリ管１４等の内部に残留する燃料の一部が気化していたとしても、内燃機関１の再始動時に、気化した燃料を燃料デリバリ管１４からパージすることができる。従って、本発明の燃料供給装置１０によれば、燃料加熱ユニット１５が用いられる場合であっても、充分な燃料噴射圧を確保して内燃機関１の高温始動性（高温再始動性）を向上させることが可能となる。
【００２７】
図２に示されるように、ＥＣＵ２０は、Ｓ１４にて開閉弁１６を開放させると、予め定められたバルブ開放時間が経過した否かの判定を実行し（Ｓ１６）、当該バルブ開放時間が経過すると、開閉弁１６を閉鎖させる（Ｓ１８）。このバルブ経過時間は、一時貯留タンク１７を含む燃料返送管Ｌ２の容積、燃料ポンプ１２の性能、機関停止後の各インジェクタ４内の燃料の推定温度等に基づいて、開閉弁１６を開放させても、燃料が燃料返送管Ｌ２内に留まって燃料タンク１１に戻らないように予め定められている。従って、燃料供給装置１０では、内燃機関１の高温再始動に際して、それまで燃料デリバリ管１４内に存在していた高温の燃料が直ちに燃料タンク１１に返送されてしまうことを抑制することができる。
【００２８】
そして、本実施形態では、開閉弁１６と燃料タンク１１との間に一時貯留タンク１７が設けられており、燃料デリバリ管１４からの燃料が当該タンク１７の内部に一時的に貯留されることになるので、燃料デリバリ管１４内に存在していた高温の燃料が燃料タンク１１に返送されてしまうことを極めて確実に抑制することができる。この結果、燃料供給装置１０では、燃料タンク１１内での燃料の気化を確実に抑制することが可能となる。なお、一時貯留タンク１７内の燃料（低温の燃料）は、次の内燃機関１の再始動時に燃料デリバリ管１４からの燃料に押し出されて燃料タンク１１へと戻される。なお、Ｓ１２にて、各インジェクタ４内または燃料デリバリ管１４内の燃料の温度ＴＦが予め定められた閾値ＴＲを上回っていないと判断される場合、燃料デリバリ管１４等の内部に残留する燃料の一部が気化しているおそれは極めて少ないことから、開閉弁１６は開放されることなく、Ｓ１８にて閉鎖状態に維持される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明による燃料供給装置が適用された内燃機関を示す概略構成図である。
【図２】図１の内燃機関を始動させる際に実行されるルーチンを説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００３０】
１  内燃機関
２  燃焼室
３  ピストン
４  インジェクタ
５  吸気管
６  スロットルバルブ
７  排気管
８  前段触媒装置
９  後段触媒装置
１０  燃料供給装置
１１  燃料タンク
１２  燃料ポンプ
１４  燃料デリバリ管
１５  燃料加熱ユニット
１６  開閉弁
１７  一時貯留タンク
２０  ＥＣＵ
２１  水温センサ
Ｌ１  燃料供給管
Ｌ２  燃料返送管
【図１】
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【図２】
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